周立坤

（凌源市應(yīng)急供水建設(shè)管理處，遼寧 朝陽 122500）

青龍河引水工程輸水線路方案對(duì)比研究

周立坤

（凌源市應(yīng)急供水建設(shè)管理處，遼寧 朝陽 122500）

在保證輸水安全可靠的前提下，引水工程輸水線路需滿足技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)原則。以青龍河引水工程輸水工程為研究對(duì)象，共設(shè)計(jì)了5種輸水方案，采用特征參數(shù)分析法對(duì)各方案進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算了各方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以總現(xiàn)值作為輸水方案優(yōu)劣的主要依據(jù)。從工期和資金方面考慮，三臺(tái)嶺短洞輸水線路設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)性最高。希望為今后輸水線路方案設(shè)計(jì)提供參考。

引水工程；輸水線路；方案對(duì)比；青龍河

青龍河流域處于陰山至燕山東西構(gòu)造帶與大興安嶺努魯爾虎山山系以北，北東向構(gòu)造的兩大體系復(fù)合帶上，石質(zhì)山占 72%。河源土山尖子高程1286.2m，流域海拔高程在500～1000m。南側(cè)兩山夾一溝為河流出口，東西北三面環(huán)山向南凹進(jìn)。流域轄區(qū)總面積1564.77hm2，境內(nèi)面積1366.6hm2，占全市總面積41.68%，森林覆蓋率41.5%。根據(jù)雹神廟水文站泥沙統(tǒng)計(jì)資料，推算出凌源城市供水工程取水頭部所在位置多年平均輸沙量為227.54萬t，多年平均含沙量為18.94kg/m3。豐、平、枯3個(gè)典型年分別為1959、1985、1982年，在逐日平均含沙量 ＞10kg/m3的天數(shù)分別為 20、19、11d，占全年輸沙量99.93%、99.42%、98.76%。而同時(shí)段徑流量占全年徑流量的比例分別為48.65%、43.33%、30.03%。青龍河取水頭部至牛營(yíng)子輸水多年平均調(diào)水 1290.6萬 m3，最大輸水流量為2.0m3/s。牛營(yíng)子輸水工程多年平均可向凌源市供水541.7萬m3，綜合青龍河輸水量，牛營(yíng)子至凌源段最大日輸水能力7.64萬m3。

1 輸水線路選擇原則

本工程是從青龍河引水向凌源市供水，解決凌源市地區(qū)缺水問題的中等規(guī)模、長(zhǎng)距離輸水工程。因凌源市近年連續(xù)干旱，缺水嚴(yán)重，居民用水極其緊張，凌源市又為遼西貧困地區(qū)，工程資金短缺?；谝陨蟽牲c(diǎn)原因，本工程要求施工周期短，工程投資少［1-2］。在保證輸水安全可靠的前提下， 堅(jiān)持技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)原則。具體線路選擇原則如下［3-4］：

（1）線路盡可能順直，線路最短，交叉工程最少；

（2）線路盡量選擇在地形比較平坦的地帶，選擇最佳的地形和地質(zhì)條件；

（3）盡量少占耕地、良田，減少移民和拆遷；

（5）在滿足安全的前提下，盡量減少工程投資，縮短施工工期。

2 輸水線路方案對(duì)比

青龍河至葛杖子段為兩山夾一溝地勢(shì)，省道由南向北穿過凌源市，該段具有線路長(zhǎng)、地形復(fù)雜、山多地少、石多坡陡的特點(diǎn)。線路基本走向：從青龍河出發(fā)沿老寬公路鋪設(shè)，在大苗杖子和三臺(tái)嶺附近通過隧洞穿山后沿河道走，在任杖子村北附近折向北爬山至葛杖子村，與牛營(yíng)子水源線路匯合，在葛杖子村后與牛營(yíng)子水源共用一段線路。根據(jù)地形，青龍河至東山村之間沒有其他更為合適的輸水線路，而在大苗杖子和三臺(tái)嶺附近過山線路可比方案較多，從南至北依次選定5個(gè)方案進(jìn)行比較。各方案如下：

方案（1）： 三臺(tái)嶺長(zhǎng)洞方案， 線路總長(zhǎng)58.14km，管線長(zhǎng)53.74km，隧洞長(zhǎng)4.4km；

方案（2）： 三臺(tái)嶺無洞方案， 線路總長(zhǎng)58.13km；

方案（3）： 三臺(tái)嶺短洞方案， 線路總長(zhǎng)58.11km，管線長(zhǎng)56.11km，隧洞長(zhǎng)2km；

方案（4）：中線長(zhǎng)洞方案，線路總長(zhǎng)57.93km；管線長(zhǎng)49.21km，隧洞長(zhǎng)8.72km；

方案（5）：大苗杖子方案，線路總長(zhǎng)59.74km；管線長(zhǎng)56.24km，隧洞長(zhǎng)3.5km。

各輸水方案特征參數(shù)見表1。

EPDM彩色顆粒塑膠地面是在按要求鋪設(shè)好的石油瀝青路面基層上，涂刷一層單組份聚氨酯膠水，當(dāng)聚氨酯底涂料逐步滲入瀝青基礎(chǔ)的表面空隙后，即可在表面形成密封狀的薄膜，從而起到防水作用，也使基礎(chǔ)和塑膠面層的粘合力得到增強(qiáng)。

表1 各輸水方案特征參數(shù)

各輸水方案投資和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。

表2 各比較方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

方案2為無洞爬山方案，施工周期最短，一次性工程投資最少。但其年耗電量遠(yuǎn)高于其他方案，運(yùn)行費(fèi)用最高，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最差，為最不經(jīng)濟(jì)方案。鑒于本工程引水流量小，單位管線投資遠(yuǎn)低于隧洞投資［5］。方案4的年運(yùn)行電費(fèi)雖然最省，但隧洞最長(zhǎng)，施工周期最長(zhǎng)，工程投資最多，現(xiàn)值僅小于方案2，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也較差。方案1經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比方案4和2好，但隧洞也較長(zhǎng)，并且約有300m長(zhǎng)隧洞段覆蓋層較薄，施工工期難以保證。各方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況見表3。

表3 各方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

初步比較，方案3和方案 5現(xiàn)值比其他方案小，隧洞較短，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均優(yōu)于其他方案。兩方案比較各有優(yōu)勢(shì)，下面對(duì)兩方案進(jìn)行詳細(xì)比較。青龍河水源段從青龍河取地表水，青龍河為山區(qū)季節(jié)河流，水量隨季節(jié)變化大，針對(duì)供水量極不均勻特點(diǎn)，該段管線管徑初步選擇為1200mm。

方案3：從位于刀爾登鎮(zhèn)下游的取水頭部及加壓泵站，由南向北穿過青龍河，沿老寬公路，經(jīng)南營(yíng)子、北營(yíng)子村、至干溝子二級(jí)加壓泵站，再經(jīng)頭道梁子村、二道梁子村、三道梁子村、小四道梁子村、大四道梁子村，至東山三級(jí)加壓泵站，管線在經(jīng)松嶺子鄉(xiāng)前與大苗杖子線一致，在松嶺子鄉(xiāng)與大苗杖子線分開，離開老寬公路，轉(zhuǎn)向東沿龍頭山水庫南岸鋪設(shè)，在三臺(tái)嶺村北約100m處山腳接無壓隧洞，隧洞出口后管線沿河道鋪設(shè)，在任杖子村附近折向北爬山送至葛杖子村南與牛營(yíng)子至凌源市的管線相接，葛杖子村后與牛營(yíng)子水源共用一段輸水管線，通過牛營(yíng)子水源段管線將水送至凈水廠。

方案3全長(zhǎng)58.11km，其中壓力輸水管線長(zhǎng)56.11km，無壓輸水隧洞長(zhǎng)2.0km，隧洞為城門洞形，斷面尺寸為2m×2m。設(shè)三級(jí)加壓泵站，泵站揚(yáng)程合計(jì)為423m。其工藝流程見圖1。

圖1 方案3工藝流程

方案5：從位于刀爾登鎮(zhèn)下游的取水頭部及加壓泵站，由南向北穿過青龍河，沿老寬公路，經(jīng)南營(yíng)子、北營(yíng)子村、至干溝子二級(jí)加壓泵站，再經(jīng)頭道梁子村、二道梁子村、三道梁子村、小四道梁子村、大四道梁子村，至東山三級(jí)加壓泵站，經(jīng)松嶺子鄉(xiāng)、石橋子村，在荀杖子村北側(cè)離開老寬公路，轉(zhuǎn)向東并沿山地走，經(jīng)葦子溝村，在大苗杖子村北接無壓隧洞，隧洞出口后管線沿河道鋪設(shè)，在任杖子村附近折向北爬山送至葛杖子村南與牛營(yíng)子至凌源市的管線相接，葛杖子村后與牛營(yíng)子水源共用一段輸水管線，通過該段管線將水送至凈水廠。

方案5全長(zhǎng)59.74km，其中壓力輸水管線長(zhǎng)56.24km，無壓輸水隧洞長(zhǎng)3.5km，隧洞為城門洞形，斷面尺寸為2m×2m。設(shè)三級(jí)加壓泵站，泵站揚(yáng)程合計(jì)為377m。方案5工藝流程見圖2。

圖2 方案5工藝流程

根據(jù)工藝流程及造價(jià)，對(duì)方案3和方案5的優(yōu)缺點(diǎn)情況進(jìn)行分析。

方案3優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）隧洞較短，設(shè)一個(gè)施工支洞，預(yù)計(jì)2年完成。隧洞短，施工工期容易保證。

（2）線路和隧洞均較短，一次性工程投資少。

（3）隧洞圍巖類別以Ⅲ、Ⅳ類為主，局部為Ⅴ類。與大苗杖子比，Ⅴ類相對(duì)比例低，地質(zhì)略優(yōu)于大苗杖子隧洞。

（4）隧洞進(jìn)口緊鄰三臺(tái)嶺村，離居民居住區(qū)較近，施工期間存在擾民情況，應(yīng)事先協(xié)調(diào)解決。

（5）隧洞進(jìn)口位置高程較高，進(jìn)口開挖量大。

（6）洞底高程比三臺(tái)嶺方案高，水泵揚(yáng)程高，年耗電量大，運(yùn)行費(fèi)用高。

（6）運(yùn)行費(fèi)高，現(xiàn)值大于三臺(tái)嶺方案，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)略低于大苗杖子方案。

方案5優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）洞底高程比三臺(tái)嶺方案低，水泵揚(yáng)程低，年耗電量少，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)。

（2）和三臺(tái)嶺方案比，線路和隧洞均較長(zhǎng)，一次性工程投資多。

（3）隧洞圍巖類別以Ⅲ、Ⅳ類為主，地質(zhì)條件比三臺(tái)嶺方案略差。

（4）隧洞較長(zhǎng)，設(shè)兩個(gè)施工支洞，預(yù)計(jì)2年完成。隧洞長(zhǎng)，支洞多，施工工期不易保證。

（5）水泵揚(yáng)程低，管線運(yùn)行較為安全。

（6）水泵揚(yáng)程低，耗電量少，現(xiàn)值小，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)略優(yōu)于三臺(tái)嶺方案。

兩方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，從綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上看，方案3雖然一次性工程投資大，但運(yùn)行費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)上略優(yōu)于方案5。凌源市為遼西貧困地區(qū)，工程資金少，該地區(qū)又多年干旱少雨，居民缺水嚴(yán)重，急需盡快解決供水問題［6］。方案3隧洞較短，有利于保證工期，工程投資少，節(jié)約資金，并且兩方案的現(xiàn)值僅差200萬，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較接近。從工期和資金方面考慮，方案3要優(yōu)于方案5。根據(jù)工程特點(diǎn)和資金少工期緊的現(xiàn)狀，本階段青龍河輸水線路推薦方案3—三臺(tái)嶺短洞方案。

3 結(jié)語

青龍河流域線路較長(zhǎng)、地形復(fù)雜、山多地少、石多坡陡，本文主要對(duì)大苗杖子和三臺(tái)嶺過山輸水線路進(jìn)行研究。共設(shè)計(jì)了5種輸水方案，采用特征參數(shù)分析法對(duì)各方案進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算了各方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以總現(xiàn)值作為輸水方案優(yōu)劣的主要依據(jù)。研究表明：方案3雖然一次性工程投資大，但運(yùn)行費(fèi)用低，三臺(tái)嶺短洞方案為青龍河輸水工程最佳線路。

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TV672

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1672-2469（2017）02-0112-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.035

2015-08-22

周立坤（1980年—），男，工程師。